前饋控制系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)

摘要

可編程序限制器(PLC)是一種集自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為一體的高牢靠性的工業(yè)計算機(jī)，應(yīng)用很廣泛，現(xiàn)在已經(jīng)越來越成熟，小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品不斷涌入市場。本設(shè)計主要是在西門子編程軟件S7-300的基礎(chǔ)上實現(xiàn)PLC的前饋反饋系統(tǒng)的設(shè)計，并通過詳細(xì)的實例，即對加熱爐溫度的前饋反饋限制的實現(xiàn)來說明前饋反饋的詳細(xì)流程。加熱爐內(nèi)的實時溫度經(jīng)過溫度傳感器、溫度變送器將模擬量傳送給PLC的模擬量輸入模塊，模擬量輸入模塊將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到PLC內(nèi)部處理，再由模擬量輸出模塊將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量輸出限制閥門的開度以達(dá)到爐內(nèi)溫度穩(wěn)定的限制。本文探討的重點(diǎn)是如何用PLC以及WinCC對現(xiàn)場的前饋-反饋限制系統(tǒng)進(jìn)行限制的，如何將前饋-反饋限制系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC后傳送到上位機(jī)，用組態(tài)軟件WinCC進(jìn)行實時監(jiān)控。經(jīng)仿真運(yùn)行后，本系統(tǒng)能實現(xiàn)限制要求。關(guān)鍵字：前饋-反饋限制；可編程限制器；WinCC;加熱爐AbstractProgrammableLogicController(PLC)isasetofautomationtechnology,computertechnologyandcommunicationtechnologyasoneofthehighreliabilityindustrialcomputer，andPLCiswidelyused.Nowitismoreandmoremature，smallerquantities,morekinds,lowercostandhigherqualityinthemarket.ThisdesignisabasedontheprogrammingsoftwareofSiemenstoimplementPLC-basedfeedforward-feedbackcontrolsystem.Thisdesignintroducesanexampletoexplaintheprocedureoffeedforward-feedbacksystem.Theexampleisthatthroughtemperaturecontrolinheatingfurnacewhichisusedfeedforwardandfeedbackcontrolsystem.Real-timetemperature,insidethefurnace,afterthetemperaturesensors,temperaturetransmittersdiscoveredwillbesenttotheanaloginputmoduleofPLC.Analoginputmodulesconvertanalogtodigital,andsentthedigitaldatatoCPUofPLCtoprocess.Thenanalogoutputmodulesconvertdigitaltoanalogtocontrolvalve,sothesystemachievesastablefurnacetemperaturecontrol.FocusofthisstudyisaboutthathowtousePLCandWINCCtocontrolfeedforward-feedbacksystemofon-scene,andhowtomakefeedforward-feedbacksystemconveythedatetocomputerviaPLC,then,usingconfigurationsoftwareWinccimplementreal-timemonitoring.Keywords：feedforward-feedback；ProgrammableLogicController；WinCC；heatingfurnace書目TOC\o"1-3"\f\h\z1緒論 11.1國內(nèi)外探討現(xiàn)狀 11.2本課題探討內(nèi)容及方法 22基于PLC的雙閉環(huán)流量比值限制系統(tǒng)設(shè)計 32.1系統(tǒng)的工藝流程 32.2限制系統(tǒng)的硬件選型 42.2.1PLC的發(fā)展及特點(diǎn) 42.2.2PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 52.2.3西門子公司的S7系列PLC 72.2.4CPU的選型 82.2.5I/O模塊的選型 82.2.6電源模塊的選型 92.3系統(tǒng)各部分硬件選型 92.3.1溫度傳感器的選擇 102.3.2溫度變送器的選擇 102.3.3流量計與壓力變送器的選擇 102.4軟件設(shè)計方案 11STEP7編程軟件的簡介 112.4.2系統(tǒng)限制方案的選擇 112.4.3加熱爐前饋-反饋系統(tǒng)限制流程圖 122.4.4PID限制及其限制算法 132.5程序的編寫 153WinCC組態(tài)與仿真 203.1新建工程 203.2建立Wincc與PLC的通信連接 213.3創(chuàng)建供料系統(tǒng)的過程畫面 253.3.1創(chuàng)建畫面 253.3.2仿真結(jié)果 27結(jié)束語 33致謝 35參考文獻(xiàn) 36附錄 371.完整程序 372.整體仿真畫面 42 1緒論1.1國內(nèi)外探討現(xiàn)狀現(xiàn)代社會要求生產(chǎn)廠商能對市場的需求做出快速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。老式的繼電器限制系統(tǒng)已無法滿足這一要求，迫使人們?nèi)フ覍ひ环N新的限制裝置。PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動限制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動限制裝置。今日的PLC在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面實力都已大幅提高，成為工業(yè)限制領(lǐng)域的主要限制設(shè)備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。PLC通過模擬量I/O模塊實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的A/D,D/A轉(zhuǎn)換,并對模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID限制，可用PID子程序來實現(xiàn)，也可運(yùn)用專用的PID模塊。PLC的模擬量限制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成型機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，還廣泛地應(yīng)用于輕工、機(jī)械、冶金、電力等行業(yè)。PLC在最近幾年特別廣泛的用于各種各樣的行業(yè)中，為了進(jìn)一步提高其在應(yīng)用過程中各方面的實力，國內(nèi)各公司及探討機(jī)構(gòu)的探討人員不斷的致力于探討這個領(lǐng)域?；赑LC的限制模式日趨成熟，黃干將總結(jié)了PLC的主要限制模式：1、依次限制。2、過程限制，過程限制的代表類型是開環(huán)限制與閉環(huán)限制，這種限制手段在臺金、化工、鍋爐限制等方面的應(yīng)用效果都特別明顯。3、運(yùn)動限制。4、信息限制。5、遠(yuǎn)程限制。在過程限制中，廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院的羅邕生在基于PLC的基礎(chǔ)上對液位進(jìn)行反饋串級限制，并采納組態(tài)軟件實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)顯示和現(xiàn)場設(shè)備的實時監(jiān)控，取得良好效果。國外的PLC限制系統(tǒng)比國內(nèi)的更加成熟，計算機(jī)技術(shù)的新成果更多地應(yīng)用于可編程限制器的設(shè)計和制造上會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)。伴隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程限制器作為自動化限制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用可編程限制器和其它工業(yè)限制計算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的限制系統(tǒng)是可編程限制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機(jī)集散限制系統(tǒng)DCS(DistributedControlSystem)中已有大量的可編程限制器應(yīng)用。PLC+DCS（分布式計算機(jī)限制系統(tǒng)）結(jié)合，采納集散限制多臺PLC分擔(dān)了系統(tǒng)功能，并將危急性分散，人機(jī)界面友好、操作便利，并通過輸入設(shè)備對工藝過程進(jìn)行限制和調(diào)整，確保生產(chǎn)過程的平安牢靠、高質(zhì)高效。但由于此系統(tǒng)常應(yīng)用在困難的造紙等行業(yè)，DCS須要測量的模擬量信號較多，且現(xiàn)成干擾打，穩(wěn)定性及精確度都不高，在一些相對簡潔一些的工業(yè)過程中應(yīng)用這種限制系統(tǒng)明顯不大合適。而對于PLC的前饋限制系統(tǒng)、反饋限制系統(tǒng)或前饋-反饋限制系統(tǒng)來說，就更加簡潔實現(xiàn)。本文主要探討前饋反饋限制方式，這種限制方式的優(yōu)點(diǎn)是：既有前饋限制對主要擾動進(jìn)行補(bǔ)償，又有閉環(huán)負(fù)反饋消退其他的小的擾動。1.2本課題探討內(nèi)容及方法過程限制系統(tǒng)的分類可以分為：前饋限制系統(tǒng)、反饋限制系統(tǒng)、前饋-反饋限制系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，引起被控參數(shù)變更的擾動是多種多樣的。開環(huán)前饋限制的最主要的優(yōu)點(diǎn)是能針對主要擾動剛好快速的克服其對被控參數(shù)的影響；對于余次要擾動，則利用反饋限制予以克服，使限制系統(tǒng)穩(wěn)定時能精確的是被控量限制在給定值上。本文主要探討的是基于PLC的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的前饋-反饋限制，即利用PLC的各種功能塊對限制前饋-反饋的限制系統(tǒng)的輸入輸出，并對模擬信號和數(shù)字信號進(jìn)行處理，將滿足要求的數(shù)據(jù)送入PID限制模塊進(jìn)行相應(yīng)處理，最終通過輸出通道（模擬量輸出模塊）對現(xiàn)場實施限制；數(shù)字量的輸出通過上位機(jī)的WinCC界面將限制信號通過CPU輸出到數(shù)字量輸出模塊的端口來對現(xiàn)場進(jìn)行限制。本文主要探討內(nèi)容為：1、探討在PLC的基礎(chǔ)上前饋-反饋限制系統(tǒng)的工作原理；2、探討此限制系統(tǒng)軟件設(shè)計方案及PLC的編程；3、整定PID限制參數(shù)，使限制系統(tǒng)達(dá)到志向的限制效果；4把工業(yè)生產(chǎn)過程中困難的環(huán)境考慮進(jìn)去時，探討該系統(tǒng)的可行性，分析此類環(huán)境的應(yīng)對方法。本設(shè)計主要探討方法為：通過西門子的PLC軟件STEP7的功能模塊編程對前饋-反饋限制系統(tǒng)的限制，以及應(yīng)用組態(tài)軟件WinCC對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控。前饋-反饋限制系統(tǒng)的調(diào)整器利用增量式PID限制算法，依據(jù)閱歷試湊的方法設(shè)定限制參數(shù)。2PLC的前饋-反饋限制系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)的工藝流程由于本設(shè)計的要求是設(shè)計基于PLC的前饋反饋限制系統(tǒng)，主要的側(cè)重點(diǎn)在前饋反饋的限制系統(tǒng)，由于課題中沒有給出干脆的限制對象，本設(shè)計中，由于加熱爐的爐溫限制較適合應(yīng)用前饋反饋限制系統(tǒng)，而且在專業(yè)課的學(xué)習(xí)中也學(xué)了一些相關(guān)的學(xué)問，因此本人對加熱爐的爐溫限制相對比較熟識，在此就以煉油裝置上的加熱爐的爐溫為限制對象來實現(xiàn)前饋反饋限制系統(tǒng)的設(shè)計，限制器為西門子系列的PLC，利用其編程軟件S7-300PLC來實現(xiàn)程序的編寫，對系統(tǒng)進(jìn)行限制。加熱爐溫度限制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于冶金、化工等工業(yè)生產(chǎn)過程中，加熱爐的溫度是生產(chǎn)工藝的一項重要指標(biāo)，溫度限制是否精確干脆影響產(chǎn)品的質(zhì)量。依據(jù)產(chǎn)品不同的應(yīng)用目的，將材料及其制品加熱到相應(yīng)的溫度并保溫，是生產(chǎn)工藝常常要仔細(xì)對待的問題。熱處理加熱爐具有大慣性，純滯后等非線性以剛好變的特點(diǎn)，爐門的開關(guān)，加熱的材料，環(huán)境溫度以及煤氣、空氣的壓力等都影響著限制過程。在傳統(tǒng)的PID限制中，PID限制參數(shù)難以確定，使PID限制器不能總是處于最佳狀態(tài)，而且在限制過程中將發(fā)生大的超調(diào)，隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，其各類過程限制模塊功能的增加使它取得較好的限制效果，S7-300里的PID限制模塊可以較好的實現(xiàn)對爐溫的限制，提高了爐溫的限制精度。本設(shè)計中煉油裝置上的加熱爐溫度的前饋-反饋限制系統(tǒng)為：如下圖：FFCFFCFT∑TTTCθθ0圖3.1加熱爐的前饋-反饋限制系統(tǒng)加熱爐出口溫度θ為被控量，燃料油流量為限制量。由于進(jìn)料流量常常發(fā)生變更，因而對此主要擾動進(jìn)行前饋限制。前饋限制器（FFC）將再變更時剛好產(chǎn)生限制作用。通過帶便燃料油來消退進(jìn)料流量對加熱爐出口溫度θ的影響。同時反饋限制溫度調(diào)整器（TC）獲得溫度變θ的信息后，將依據(jù)肯定的限制規(guī)律對燃料油產(chǎn)生限制作用。兩個通道作用疊加的結(jié)果將使θ盡快回到給定值。在系統(tǒng)出現(xiàn)其他擾動時，如進(jìn)料的溫度、燃料油壓力等變更時，由于這些信息未被引入前饋補(bǔ)償器，故只能依靠反饋調(diào)整器產(chǎn)生的限制作用克服它們對被控溫度的影響。2.2限制系統(tǒng)的硬件選型2.2.1PLC的發(fā)展及特點(diǎn)可編程邏輯限制器(ProgrammableLogicController)，簡稱PLC，是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動限制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動限制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國家自動限制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。由于PLC采納了“三機(jī)一體化一“的綜合技術(shù)即集計算機(jī)、儀器儀表、電氣限制于一身，具有高牢靠性、強(qiáng)抗干擾實力、組合敏捷、編程簡潔、修理便利和低成本等諸多特點(diǎn)，因而與其它限制器相比它更加適合工業(yè)限制環(huán)境和市場的要求：再加上PLC發(fā)展過程中產(chǎn)品的系列化、產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，使之從早期的邏輯限制、依次限制快速擴(kuò)展到了連續(xù)限制，起先進(jìn)入批量限制和過程限制領(lǐng)域，并快速成為工業(yè)自動化系統(tǒng)的支柱阻。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍。早期的可編程序限制器,主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯限制。隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動限制技術(shù)的快速發(fā)展，可編程序限制器與這些技術(shù)相融合，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺可編程限制器。早期的可編程限制器由分別元件和中小規(guī)模集成電路組成，主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的依次限制、定時等。70年頭初期，體積小、功能強(qiáng)和價格便宜的微處理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增加，硬件和軟件方面都有了很大的進(jìn)步。進(jìn)入80年頭中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得PLC所采納的微處理器的檔次普遍提高。隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能得到大大的增加，具有以下特點(diǎn)：牢靠性高、具有豐富的I\O接口模塊、采納模塊化結(jié)構(gòu)、編程簡潔易學(xué)、安裝簡潔，修理便利。2.2.2PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)PLC機(jī)硬件主要由中心處理單元(CPU)、存貯器、輸入\輸出單元以及編程器、電源和智能輸入\輸出單元等構(gòu)成。PLC可分為以下幾個部分：(1)中心處理單元(CPU)：中心處理單元是可編程限制的核心部件，它通過輸入裝置將外設(shè)的狀態(tài)讀入并依據(jù)用戶程序去處理，依據(jù)處理結(jié)果通過輸出裝置去限制外設(shè)。中心處理器的功能是：CPU按系統(tǒng)程序所給予的功能，、接收并存貯從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；CPU按掃描方式工作，從存貯器中逐條讀取指令，并存入CPU內(nèi)的指令寄存器中；指令寄存器的指令操作碼進(jìn)行譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的限制信號，啟閉有關(guān)限制門電路，并依據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新有關(guān)標(biāo)記和輸出映像寄存器的內(nèi)容，以實現(xiàn)輸出限制、制表、打印或數(shù)據(jù)通訊；行系統(tǒng)診斷程序，診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤。(2)存貯器：可編程限制器中存貯器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)存貯器用以存貯制造廠家編寫的系統(tǒng)程序。用戶存貯器主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序是指運(yùn)用戶依據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的限制程序。此程序由運(yùn)用者通過編程器輸入到PLC機(jī)的CMOSRAM存貯器中，以便于用戶隨時修改。也可將用戶程序存放在EEPROM中。為確保PLC機(jī)限制系統(tǒng)的牢靠性，CMOSRAM存貯器有預(yù)防電源掉電故障的鏗電池愛護(hù)措施，以防電源掉電后破壞它的存貯內(nèi)容。數(shù)據(jù)存貯器用來存放PLC的數(shù)據(jù)。(3)輸入\輸出模塊：輸入\輸出模塊是可編程限制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口?，F(xiàn)場的輸入信號，如壓力、流量、溫度、電壓、電流等，都要通過輸入模塊送到PLC。由于這些信號電平各種各樣，而可編程限制器CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理的數(shù)字信號。輸出模塊的作用是接收中心處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接受的限制信號，以驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？删幊滔拗破饔卸喾N輸入\輸出模塊，其類型有數(shù)字量輸入\輸出模塊和模擬量輸入\輸出模塊。模擬量輸入\輸出模塊主要用來實現(xiàn)模擬量一數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即A\D或D\A轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)限制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號是連續(xù)變更的模擬量，因此這些模擬量必需通過模擬量輸入\輸出模塊與PLC的中心處理器連接。模擬量輸入模塊A\D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量，與PLC的I\O總線連接。模擬量輸出模塊D\A轉(zhuǎn)換前的二進(jìn)制數(shù)字量。現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是0-5伏和0-10伏兩種，模擬電流主要是0-20mA和4-20mA兩種。模擬量輸入模塊接收到標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流后，把它轉(zhuǎn)換成8位、10位或12位的二制數(shù)字信號，送給中心處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊將中心處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號，供應(yīng)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(4)擴(kuò)展模塊：當(dāng)一個PLC中心單元的I\O點(diǎn)數(shù)不夠用時，就要對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的。(5)編程器：它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行狀況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在運(yùn)用雙功能鍵的時候鍵盤中都備有一個選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。PLC的軟件可分為系統(tǒng)軟件和用戶程序兩大部分：(1)系統(tǒng)軟件：它又包括基本限制單元軟件和編程軟件兩部分。另外，一些特別功能模塊也帶有自己的操作系統(tǒng)軟件。通常，一個PLC機(jī)架只能容納肯定數(shù)量的模塊插件，這種包含主機(jī)模塊和部分I\O模塊的機(jī)架稱為基本限制單元?；鞠拗茊卧浖饕δ転椋哼M(jìn)循環(huán)說明運(yùn)行用戶程序；集中進(jìn)行輸入信號的掃描和輸出限制的更新編程器軟件用來支持用戶程序的輸入，也可以用來監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行過程。當(dāng)用戶程序己裝入PLC的存儲器，編程器就可以被分別，基本限制單元將自動進(jìn)入執(zhí)行用戶程序狀態(tài)。(2)用戶程序：這是用戶應(yīng)用PLC進(jìn)行限制所須要編制的程序。目前，在PLC中普遍運(yùn)用梯形圖編程方法。2.2.3西門子公司的S7系列PLC德國的西門子公司是歐洲最大的電子和電氣設(shè)備制造商，生產(chǎn)的SIMATICPLC在歐洲處于領(lǐng)先地位。1996年西門子推出了S7系列產(chǎn)品，它包括小型PLCS7-200系列，中型PLCS7-300系列和大型PLCS7-400系列。S7系列PLC產(chǎn)品得性能和運(yùn)用范圍各不相同，但具有以下共同特點(diǎn)。（1）CPU芯片已經(jīng)升級到Intel80486，甚至采納Pentium處理器。（2）采納模塊化設(shè)計，能按搭積木艙室進(jìn)行系統(tǒng)配置，功能擴(kuò)展敏捷便利。（3）有極快的處理速度，如S7-200和S7-300的掃描速度為0.37微秒/指令，S7-400的處理速度達(dá)到18ns。（4）有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能，可用多個PLC連接成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成完整的過程限制系統(tǒng)，既可實現(xiàn)總線聯(lián)網(wǎng)，也可實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信。（5）允許運(yùn)用相關(guān)的程序軟件及工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)軟件，編制工具更開放，人機(jī)界面特別友好。S7-300/400PLC是通用可編程限制器，它廣泛地應(yīng)用于自動化領(lǐng)域，涉及各個行業(yè)，可用于組件集中式或分布式結(jié)構(gòu)的測控系統(tǒng)，重點(diǎn)在于為生產(chǎn)制造工程中的系統(tǒng)解決方案供應(yīng)一個通用的自動化平臺，性能優(yōu)良，運(yùn)行牢靠。S7-300/400PLC主要模塊有中心處理單元(CPU)模塊、信號(SM)模塊、通信(CP)模塊、功能(FM)模塊；協(xié)助模塊有電源(PS)模塊、接口(IM)模塊。每一個類模塊都有各種不同的型號可以選擇。CPU模塊是PLC的核心，負(fù)責(zé)存儲并執(zhí)行用戶程序，存取其他模塊的數(shù)據(jù)，一般還具有某種類型的通信功能。信號模塊用來傳送數(shù)字量及模擬量信號。通信模塊可供應(yīng)PROFIBUS、以太網(wǎng)等通信連接形式。功能模塊有高速計數(shù)模塊、溫度和壓力閉環(huán)限制模塊。2.2.4CPU的選型CPU315-2DP工作存儲器容量為128KB，裝載存儲器容量為8MB，處理數(shù)據(jù)的時間：位指令為0.1μS，字指令為0.2μS，整數(shù)指令運(yùn)算時間為2μS，浮點(diǎn)運(yùn)算時間為3μS。.定時器個數(shù)為256個，計數(shù)器個數(shù)為256個，位存儲器容量為2KB，最大系統(tǒng)可以擴(kuò)展到32個模塊；數(shù)字量通道有16384個點(diǎn)，模擬量通道有1024個點(diǎn)；在功耗方面，CPU315-2DP相對其他的CPU，它的功耗較低，且各方面的技術(shù)要求都符合此設(shè)計的要求。2.2.5I/O模塊的選型（1）模擬量輸入模塊的選型模擬量輸入模塊SM331有兩種規(guī)格型號。一種是8*12位模塊，另一種是2*12位模塊。前者是8通道的輸入模塊，后者是2通道的輸入模塊。本系統(tǒng)采納8通道的輸入模塊。S7-300模擬量模塊的輸入范圍很寬，它可以干脆輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號。SM331每兩個相鄰的輸入通道公用一個量程模塊，構(gòu)成一個通道。8*12位模塊有8個輸入通道，配4個量程模塊，分成4個通道組。量程模塊上方有A、B、C、D4個標(biāo)記。當(dāng)量程模塊插入模塊時，量程模塊的標(biāo)記與模塊的標(biāo)記一一對應(yīng)。在沒有運(yùn)用STEP7工具重新初始化模擬量輸入模塊SM331時，8*12位SM331模塊默認(rèn)設(shè)定表如下：表一：量程模塊的設(shè)定可選擇的測量方式和范圍默認(rèn)設(shè)置A電壓：<=±1000mV熱電阻：150Ω,300Ω,600Ω,Pt100,Ni100熱電阻偶：N,E,J,K各型熱電偶得各種測量方法電壓/±1000mVB電壓：<=±10V電壓/±10VC電流：<=±20mA(4線變送器)電流（4線）/±20mAD電流：4～20mA(2線變送器)電流（4線）/4～20mA（2）模擬量輸出的選型模擬量輸出模塊SM332也是有多種規(guī)格型號，在這里采納有4通道的4*12位SM332,4*12位SM332有4個通道，每個通道都可以單獨(dú)編程為電壓輸出或電流輸出，輸出精度12位，模塊對CPU背板總線和負(fù)載電壓都有光電隔離。2.2.6電源模塊的選型PS307是西門子公司為S7-300專配的24VDC電源。PS307系列模塊除輸出電流不同外（有2A,5A,10A三種），其工作原理和各種參數(shù)都一樣。在組建S7—300應(yīng)用系統(tǒng)時，考慮每塊模塊的電流耗量和功率損耗是特別必要的，全部S7—300模塊運(yùn)用的S7—300背板總線供應(yīng)的總電流不能超過1.2A。本系統(tǒng)選擇PS3075A電源模塊可以滿足要求。2.3系統(tǒng)各部分硬件選型系統(tǒng)的限制部分PLC的各模塊的選型已在前面闡述，這里不再多做介紹，下面介紹前饋-反饋限制系統(tǒng)在加熱爐系統(tǒng)應(yīng)用到的其他硬件。2.3.1溫度傳感器的選擇溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中最常見、最基本得參數(shù)之一。任何化學(xué)反應(yīng)和物理變更都與溫度有關(guān)。熱電偶溫度計在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用極為廣泛，利用金屬的熱電效應(yīng)實現(xiàn)測溫功能。它具有測溫精度高，在小范圍內(nèi)熱電動勢與溫度基本呈單值、線性關(guān)系、穩(wěn)定性和出現(xiàn)性較好，測溫范圍寬，響應(yīng)時間較快等特點(diǎn)。熱電阻溫度計是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變更的性質(zhì)來實現(xiàn)對溫度的測量的，當(dāng)測量溫度低于150°C的溫度時，由于熱電偶的熱電動勢很小，故常用熱電阻測量溫度。熱電阻溫度計最大的特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、測量精度高、測溫范圍寬，同事還不須要冷端溫度補(bǔ)償，一般可在-270～900°C范圍內(nèi)運(yùn)用。本設(shè)計的加熱爐設(shè)置的溫度不超過100°C，選擇溫度傳感器為Pt100熱電阻，量程為0～100℃2.3.2溫度變送器的選擇要實現(xiàn)溫度的自動限制，則須要配用溫度變送器。DDZ-Ⅲ型變送器是一種將被測的各種參數(shù)（溫度、壓力等）變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號（DC4～20mA或DC1～5V）的儀表，其輸出送顯示一邊或調(diào)整器實現(xiàn)對溫度的顯示或自動限制。DDZ-Ⅲ型溫度變送器有熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器、直流毫伏變送器三中品種。DDZ-Ⅲ型溫度變送器主要特點(diǎn)有；1）采納了線性繼承電路，提高了儀表的牢靠性、穩(wěn)定性及各項技術(shù)性能。2）在熱電偶和熱電阻溫度變送器中采納了線性化電路，使變送器的輸出電流或電壓信號和被測溫度（輸入信號）成線性關(guān)系。3）線路中采納了平安火花防爆措施，故可用于危急場所中的溫度測量變松。這里由于溫度測量部件選用了熱電阻溫度計，所以溫度變送器就選擇熱電阻溫度變送器。2.3.3流量計與壓力變送器的選擇流量是指單位時間內(nèi)通過管道某一截面的物料數(shù)量，即瞬時流量。本設(shè)計中選用比較常用的差壓流量計，它是依據(jù)節(jié)流原理利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置（如孔板）時所產(chǎn)生的壓力差來測量流量的。這里壓力變送器，選擇差壓（壓力）變送器，其主要用于測量液體、氣體或蒸汽的壓力、差壓、流量、液位等的過程參量，并將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信號DC4～20mA電流輸出，以便實現(xiàn)自動檢測和自動限制。2.4軟件設(shè)計方案2.4.1STEP7編程軟件的簡介STEP7是用于SIMATICS7-300/400站創(chuàng)建可編程邏輯限制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，須要安裝、運(yùn)行在運(yùn)用Windows操作系統(tǒng)的計算機(jī)上。STEP7支持三種編程模式：LAD（梯形圖）、FBD（功能塊圖）、STL（語句表）。運(yùn)用STEP7V5.3開發(fā)開發(fā)一個工程，可以分為6個步驟：建立一個項目、通信設(shè)置、硬件組態(tài)和參數(shù)設(shè)置、程序編寫與下載、程序調(diào)試與組態(tài)通信。一個完整的項目建立好了，用西門子公司供應(yīng)的仿真軟件S7-PLCSIM來代替PLC硬件調(diào)試用戶程序，利用次仿真軟件，不須要連接任何PLC硬件，以后的監(jiān)控/測試均與在一臺真正的S7-PLC中的監(jiān)控/測試一樣，從而提高用戶程序的質(zhì)量和降低費(fèi)用。2.4.2系統(tǒng)限制方案的選擇依據(jù)圖3可以得到以下兩種限制系統(tǒng)框圖，PID為PLC內(nèi)部的PID模塊CONT_C閥門閥門PID溫度變送器溫度傳感器差壓流量計——+Θ00+θ圖3.1運(yùn)用一個PID調(diào)整器閥門閥門PID溫度變送器溫度傳感器差壓流量計——++P圖3.2運(yùn)用兩個PID調(diào)整器圖4的限制系統(tǒng)框圖中只利用一個PID調(diào)整器，因此這個PID既是前饋作用的補(bǔ)償器，又是反饋作用的調(diào)整器，雖然在程序編寫上比較簡潔，PID需將三個外來數(shù)據(jù)進(jìn)行計算才能得出輸出結(jié)果，會令擾動量不能得到剛好的補(bǔ)償，使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩，使溫度不能得到很好的限制。圖5中利用兩個PID調(diào)整器作用于閥門，進(jìn)行燃料油流量的限制。反饋調(diào)整器（PID）為主調(diào)整器，前饋補(bǔ)償器（P）為副調(diào)整器，當(dāng)（擾動）發(fā)生變更時，副調(diào)整器快速動作，變更閥門開度，調(diào)整燃料油的流量，溫度變更較??；主調(diào)整器的任務(wù)是校正溫度，使穩(wěn)態(tài)時的溫度等于給定值。主調(diào)整器的輸出信號作為副調(diào)整器的給定值，兩者相互獨(dú)立，相互的影響小。所以本設(shè)計中選用如圖3.2所示的限制系統(tǒng)框圖來編寫限制程序。2.4.3加熱爐前饋-反饋系統(tǒng)限制流程圖加熱爐的前饋-反饋限制內(nèi)，先寫好程序之后將程序下載到PLC中，在監(jiān)控畫面中對設(shè)定值進(jìn)行設(shè)定，同時，溫度變送器將爐內(nèi)溫度計檢測到的溫度值轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流值，PLC里的模擬量輸入模塊SM331將電流值轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)值，4～20mA的電流值對應(yīng)PLC里的數(shù)據(jù)量為0～27648。設(shè)定值與實際值的差值為PID的輸入值，PID調(diào)整后得到閥門限制量，限制閥門的開度，通過模擬量輸出模塊將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量后送到實際的電動閥門中，閥門再限制燃料油的流量，進(jìn)一步限制爐內(nèi)的溫度，得到的即是當(dāng)前溫度（實際溫度），這個溫度再與設(shè)定溫度相比較，接著實現(xiàn)對溫度的實時限制。如圖3.3所示：圖3.3限制流程圖2.4.4PID限制及其限制算法在本設(shè)計的溫度限制中利用PLC內(nèi)部的PID限制模塊來實現(xiàn)PID調(diào)整。在連續(xù)限制系統(tǒng)中，常采納Proportional(比例)、Integral(積分)、Derivative(微分)限制方式，稱之為PID限制。PID限制是連續(xù)限制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的限制方式。具有以下優(yōu)點(diǎn)：理論成熟，算法簡潔，限制效果好，易于為人們熟識和駕馭。PID限制器是一種線性限制器，它是對給定值:和實際輸出值之間的偏差：(3-1)比例積分微分比例積分微分驅(qū)動限制對象—++++圖3.4PID限制原理框圖經(jīng)比例(P)、積分(I)和微分(D)運(yùn)算后通過線性組合構(gòu)成限制量，對被控對象進(jìn)行限制，故稱PID限制器。系統(tǒng)由模擬PID限制器和被控對象組成，為PID調(diào)整器輸出的調(diào)整量.PID調(diào)整的實質(zhì)就是依據(jù)輸入的偏差值,按比例、積分和微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算,其運(yùn)算結(jié)果用以輸出限制。在系統(tǒng)輸出誤差肯定值較大時系統(tǒng)實行飽和輸出工作方式,這樣可以減小溫度系統(tǒng)的時滯性。同時為了防止系統(tǒng)過大的超調(diào)量,在系統(tǒng)余差的肯定值比較小時采納增大積分系數(shù)的方法,從而可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。微分限制算法簡潔,參數(shù)調(diào)整便利,并且有肯定的限制精度,能感覺出余差的變更趨勢。增大微分限制作用可加快系統(tǒng)響應(yīng),使超調(diào)減小,對于具有容量滯后的限制通道，引入微分限制規(guī)律對于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)有顯著效果，可以獲得比較滿足的限制效果。PID限制規(guī)律是一種較志向的限制規(guī)律，它在比例的基礎(chǔ)上引入積分，可以消退余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此它成為當(dāng)前最為普遍采納的限制算法。PID限制規(guī)律為：=(3-2)式中：為比例系數(shù)；積分時間常數(shù)；為微分時間常數(shù)由于式(3-2)為模擬量表達(dá)式,而PLC程序只能處理離散數(shù)字量,為此,必需將連續(xù)形式的微分方程化成離散形式的差分方程。令(3-3)(3-4)(3-5)(3-6)則可得到位置式數(shù)字PID算法（3-7）運(yùn)用位置式PID數(shù)字限制器會造成PID運(yùn)算的積分積累,引起系統(tǒng)超調(diào),這在生產(chǎn)過程中是不允許的。由此,經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到增量式算法（3-8）增量式PID限制算法是對偏差增量進(jìn)行處理,然后輸出限制量的增量,即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的增量。增量式PID數(shù)字限制器不會出現(xiàn)飽和,而且當(dāng)計算機(jī)出現(xiàn)故障時能保持前一個采樣時刻的輸出值,保持系統(tǒng)穩(wěn)定,因此在此系統(tǒng)中增量式算法被采納作為編程算法來運(yùn)用。2.5程序的編寫（1）對程序進(jìn)行初始化,使M0.0總是1，從而限制M0.1，M0.1限制PID的過程變量的的外設(shè)輸入端PVPER_ON，當(dāng)它為1時，可以干脆總外設(shè)輸入過程變量。如圖3.5所示：圖3.5（2）將溫度模擬量即實際鍋爐內(nèi)溫度傳送到PID0的過程變量PV_PER，PID0內(nèi)用其與給定值SP_INT作比較，此處的模擬量也是經(jīng)過模擬輸入模塊轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)量，如圖3.6所示：圖3.6（3）實際的溫度比給定值小，則PLD0.LMN有輸出，若實際溫度大過給定值，則PLD0.LMN沒有輸出，這里主調(diào)整器用P、I、D限制規(guī)律，將須要調(diào)整的參數(shù)在PID塊里設(shè)置好，其他的值已經(jīng)在PID的背景數(shù)據(jù)塊里有默認(rèn)值了。如圖3.7和圖3.8所示：圖3.7圖3.8（4）AI1為進(jìn)料擾動，即前饋信號傳遞給副調(diào)整器的過程變量PV_PER,實現(xiàn)調(diào)整器的串級，主調(diào)整器的輸出值LMN作為副調(diào)整器的設(shè)定值，兩者再進(jìn)行比較。如圖3.9所示：圖3.9（5）若主調(diào)整器輸出為0，則表示爐內(nèi)溫度剛好達(dá)到設(shè)定值，此時要是進(jìn)料流量有擾動，會使?fàn)t內(nèi)溫度降低，副調(diào)整器快速動作，限制燃料油流量，剛好消退進(jìn)料流量對加熱爐溫度的影響。這里，副調(diào)整器運(yùn)用比例限制作用，能較快地克服擾動的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來。P值在程序中設(shè)定好，P值取負(fù)的才能實現(xiàn)這一功能。如圖3.10所示：圖3.10（6）若主調(diào)整器的輸出不為0，則說明加熱爐內(nèi)溫度低于設(shè)定值，須要兩個調(diào)整器一起動作限制閥門的開度，進(jìn)而限制燃料油流量，使溫度上升，直至達(dá)到設(shè)定值。如圖3.11所示：圖3.11（7）副調(diào)整器，如圖3.12：圖3.12（8）副調(diào)整器的輸出值LMN_PER干脆限制閥門的開度，限制燃料油的流量，使低于設(shè)定值的溫度漸漸上升，直到達(dá)到設(shè)定溫度，PID1的輸出為0，閥門關(guān)閉。如圖3.13所示：圖3.13（9）當(dāng)限制閥門的副調(diào)整器的開度大于0時，則有燃料油進(jìn)入到鍋爐內(nèi)，假設(shè)開度為100時，可以引起5℃的溫度增加，則實際溫度增加了5℃，將閥門的開度值乘以0.05則可以得到變更的溫度，將原來的實際溫度加上增加的部分可以得到實時的溫度值，再用它與設(shè)定值比較，限制閥門的開度，如此循環(huán)下去，直到溫度達(dá)到設(shè)定值。而在實際的工程編程中不用到這一部，因為實際工程中，當(dāng)閥門打開時，燃料油就會進(jìn)入鍋爐自動進(jìn)行加熱，溫度就會隨著上升，溫度的變更會通過溫度傳感器，再經(jīng)過溫度變送器傳回給PLC，PLC內(nèi)的PID模塊再用此時的溫度跟設(shè)定值進(jìn)行比較，再去圖3.143WinCC組態(tài)與仿真工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC(WindowsControlCenter)是一個集成的人機(jī)界面系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，它是結(jié)合西門子公司在過程自動化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和微軟公司強(qiáng)大軟件功能的產(chǎn)物。WinCC是Windows環(huán)境下面對對象的32位工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件，它適合任何自動化限制系統(tǒng)。WinCC組態(tài)軟件集成了圖形技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、限制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)等，使限制系統(tǒng)開發(fā)人員不必依靠某種詳細(xì)專業(yè)的計算機(jī)語言，只需通過可視化的組態(tài)方式，就可以完成監(jiān)控軟件設(shè)計，降低了監(jiān)控畫面開發(fā)的難度。組態(tài)軟件擁有豐富的工具箱、圖形庫和操作向?qū)В归_發(fā)人員避開了軟件設(shè)計中很多重復(fù)性的開發(fā)工作，可提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期，WinCC已經(jīng)成為監(jiān)控系統(tǒng)主要的軟件開發(fā)工具之一。WinCC供應(yīng)各種PLC的驅(qū)動軟件，因此使PLC與上位機(jī)的通訊變得特別簡潔，假如用戶把WinCC和STEP7結(jié)合在一起運(yùn)用，結(jié)果更是大幅度降低了工程時間，因為在STEP7中配置的變量表可以在與WinCC連接時過程WinCC的過程編程干脆運(yùn)用?？梢赃B接到存在的自動化環(huán)境中，有大量的通信接口，全面的過程信息和數(shù)據(jù)處理。3.1新建工程啟動WinCC的軟件，單擊“起先”>SIMATIC>WinCC>WindowsControl6.0菜單項。在WinCC工程管理器窗口中選擇新建，彈出WinCC資源管理器，選擇創(chuàng)建新項目類型，選擇單用戶類型。單擊確定輸入項目名稱，項目選擇項目路徑，單擊創(chuàng)建則一個新的工程就建立了，當(dāng)指定了存放文件夾后，項目管理器在默認(rèn)狀況下為項目創(chuàng)建一個與項目名稱相同的文件夾。圖4.1創(chuàng)建新項目對話框3.2建立Wincc與PLC的通信連接運(yùn)用WinCC來訪問限制系統(tǒng)（PLC）的當(dāng)前過程值，則在WinCC與限制系統(tǒng)間必需組態(tài)一個通信連接。通信將由稱作通道的特地的通信驅(qū)動程序來限制。WinCC有針對自動化系統(tǒng)SIMATICS7的專用通道。（1）添加一個通信驅(qū)動程序，右擊閱讀窗口中的“變量管理”，在快捷菜單中選擇“添加新的驅(qū)動程序”，如下圖所示。圖4.2變量管理對話框（2）在添加新的驅(qū)動程序?qū)υ捒蛑羞x擇SIMATICS7ProtocolSuite.chn如下圖4.3所示。圖4.3添加驅(qū)動程序?qū)υ捒颍?）單擊所添加進(jìn)來的新的驅(qū)動程序前面的“+”號將顯示當(dāng)前驅(qū)動程序全部可用的通道單元，本系統(tǒng)選用PROFIBUS。右擊PROFIBUS，選擇“添加新的驅(qū)動程序連接”菜單項，在隨后打開的“連接屬性”對話框中輸入wendu作為邏輯連接名，,然后點(diǎn)擊“屬性”按鈕，在連接參數(shù)設(shè)置中將插槽號改為2，因為在PLC的硬件設(shè)計中，CPU安裝在機(jī)架的其次個插槽，然后點(diǎn)擊確定。如下圖4.4所示：圖4.4a圖4.4b與PLC的通信連接（4）確定好在WinCC監(jiān)控畫面中要用到的變量，然后在S7-300PLC的主界面“SIMATICManager”中點(diǎn)擊前面的“+”號，找到S7程序，在右邊窗口可以看到“符號”，雙擊“符號”，找到變量地址，這里主要是模擬量通道的地址，爐內(nèi)實際溫度AI0以及進(jìn)料擾動AI1的地址，以及PID的地址。如圖4.5所示：圖4.5（5）WinCC中對PID的限制參數(shù)進(jìn)行整定，使閥門的輸入值達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而使燃料油流量穩(wěn)定增加，進(jìn)一步使溫度穩(wěn)定增加。在此過程中要進(jìn)行手動、自動的切換，這些變量都在PID的數(shù)據(jù)塊里都有固定的地址，只需找到相應(yīng)的地址，在WinCC的過程變量里與此變量在S7的地址相對應(yīng)就可以實現(xiàn)變量在S7與WinCC之間的傳遞。如圖4.6所示的PID內(nèi)各變量的地址：圖4.6（6）找到相應(yīng)變量的地址后，右擊PROFIBUS下的“wendu”握手連接，選擇新建變量在此建立過程變量并設(shè)置變量屬性：名稱、數(shù)據(jù)類型，地址。如下圖4.7所示設(shè)置變量屬性：圖4.7變量的屬性設(shè)置（7）其他的變量設(shè)置也如圖4.7所示的步驟進(jìn)行，這里不做重復(fù)介紹。本設(shè)計系統(tǒng)須要監(jiān)控的變量設(shè)置如圖4.8所示，名稱、數(shù)據(jù)類型、參數(shù)地址都已經(jīng)設(shè)置好了：圖4.83.3創(chuàng)建供料系統(tǒng)的過程畫面創(chuàng)建畫面在“圖形編輯器”中新建一個畫面，并重命名為“wendu1”詳細(xì)如下圖4.9所示圖4.9新建畫面雙擊畫面，鍵入畫面編輯區(qū)域，將所要監(jiān)控的變量與WinCC中變量管理器的設(shè)置好的過程變量相連接。本設(shè)計編輯的畫面如下圖4.10所示：圖4.10總的限制畫面將各個須要監(jiān)控的變量集中在一個顯示窗口視察，并用在線趨勢控件對設(shè)定值、實際值、以及PID的操作值進(jìn)行監(jiān)控，可以一目了然的駕馭數(shù)據(jù)的變更，并通過變更調(diào)整PID的參數(shù)，使其能夠達(dá)到志向的限制效果。PID參數(shù)的整定應(yīng)用現(xiàn)場閱歷整定法（湊試法）。在現(xiàn)場應(yīng)用中，調(diào)整器的參數(shù)按先比例、后積分、最終微分的依次置于某些閱歷數(shù)值后，把系統(tǒng)閉合起來，然后再作給定值擾動，視察系統(tǒng)過渡過程曲線。若曲線還不夠志向，則變更調(diào)整器的比例、積分、微分的限制參數(shù)，進(jìn)行反復(fù)湊試，直到限制質(zhì)量符合要求為止。在詳細(xì)整定時，先令PID調(diào)整器,,使其成為純比例調(diào)整器。比例參數(shù)依據(jù)閱歷數(shù)據(jù)設(shè)置，使系統(tǒng)達(dá)到4:1衰減振蕩的過渡過程曲線，然后，再加積分作用。在加積分作用之前，應(yīng)將比例系數(shù)增大為原來的1.2倍。將積分時間由大到小調(diào)整，直到系統(tǒng)得到4:1衰減振蕩的過渡過程曲線為止。若系統(tǒng)需引入微分作用，微分時間按計算，這是可將比例度調(diào)到原來的數(shù)值，再將微分時間由小到大調(diào)整，直到過渡過程曲線達(dá)到滿足為止。在試湊過程中，若要變更、時，應(yīng)保持的比值不變。3.3.2仿真結(jié)果由于不能現(xiàn)場返回實時的溫度值，所以仿真過程中很難實現(xiàn)實際值達(dá)到設(shè)定值這一過程的變更，即在WINCC中看不到實際值變更的過程曲線，只能通過自動調(diào)整閥門得開度來推斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，因為閥門限制著燃料油流入鍋爐內(nèi)的流量，即限制著溫度的增值。PID限制參數(shù)的整定應(yīng)用試湊法，上一節(jié)已經(jīng)給出詳細(xì)步驟。（1）將PID的主調(diào)整器的限制參數(shù)的積分、微分分別設(shè)置為：，；SP=25，實際溫度值A(chǔ)I0=0，進(jìn)料擾動值A(chǔ)I1=0時,先對限制閥門執(zhí)行手動操作，第一段為50時的值，其次段為100時的值；第三段則為轉(zhuǎn)為自動操作后的各變量的輸出值。如圖4.11所示：圖4.11（2）PID參數(shù)不變，將設(shè)定值設(shè)為SP=25，假設(shè)加熱爐內(nèi)溫度為AI0=20，進(jìn)料擾動AI1=0時，操作值由手動限制，先是50，然后增加到100，再轉(zhuǎn)為自動操作。得到的三段線段如圖4.12所示圖4.12（3）在自動狀態(tài)下調(diào)整PID的限制參數(shù)，即比例限制參數(shù)。圖4.13中的四段限制圖形分別是當(dāng)P=8、9、10、8得到的圖形。由此可見當(dāng)P=8時較為志向。圖4.13（4）加入積分作用，先將比例參數(shù)P調(diào)整為原來的1.2倍：P=9.6，再將積分時間由大到小的調(diào)整，知道得到滿足的結(jié)果為止。經(jīng)過調(diào)整，得到當(dāng)=99999ms時，振蕩較弱了，但還是不穩(wěn)定，所以接著調(diào)整的值，使PID的輸出趨向穩(wěn)定，經(jīng)過不斷調(diào)試之后，得到=99999ms較志向。如圖4.14：圖4.14（5）引入微分作用，比例P調(diào)回到原來的數(shù)值P=8，積分時間=99999ms時，經(jīng)過不斷調(diào)試，得到=100ms時得到的效果較為志向，可以看到PID的輸出趨于穩(wěn)定，即限制的溫度增量也趨于穩(wěn)定。如圖4.13：圖4.13（6）調(diào)整好PID的限制參數(shù)后，就不能再變更了，在其他變量的參數(shù)也不變的狀況下，設(shè)置進(jìn)料擾動為AI1=5時，可以得到如圖4.14所示，即副調(diào)整器剛好作用，使閥門開度變更，限制燃料油，使溫度盡快復(fù)原到給定值。如圖4.14：圖4.14（7）將設(shè)定值SP調(diào)整為20，其他的變量參數(shù)不變，得到圖像如圖4.15所示：圖4.15（8）手動將爐內(nèi)溫度的實際值調(diào)整到比設(shè)定溫度SP=20高，AI0=23.5，擾動AI1=0時得到如圖4.16所示，即兩個調(diào)整器均不工作，閥門關(guān)閉，直至溫度變到小于設(shè)定值后才動作。圖4.16（9）將擾動AI1設(shè)置為AI1=5，視察閥門變更。有擾動，閥門剛好限制燃料油流量，補(bǔ)償了進(jìn)料擾動對溫度的影響，實現(xiàn)前饋限制作用。如圖4.17所示。在實際的現(xiàn)場限制中，當(dāng)實際溫度高過設(shè)定值時，主、副調(diào)整器不動作，進(jìn)料增加使溫度回到設(shè)定值，當(dāng)進(jìn)